/**
 * LeetCode 148. 排序链表
 */
public class Solution_148 {
    /**
     * 方法二：自底向上归并排序
     * <p>
     * 首先求得链表的长度 length，然后将链表拆分成子链表进行合并
     * <p>
     * 时间复杂度：O(nlogn)
     * <p>
     * 空间复杂度：O(1)
     */
    public ListNode sortList(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        // 计算链表长度
        int length = 0;
        ListNode node = head;
        while (node != null) {
            length++;
            node = node.next;
        }

        // 虚拟头节点
        ListNode dummyHead = new ListNode();
        dummyHead.next = head;
        // 每次将链表拆分成若干个长度为 subLength 的子链表, 并按照每两个子链表一组进行合并
        // 初始时 subLength = 1
        for (int subLength = 1; subLength < length; subLength *= 2) {
            ListNode prev = dummyHead;
            // cur 记录拆分链表的位置
            ListNode cur = dummyHead.next;
            // 如果链表没有拆分完
            while (cur != null) {
                // 链表1的头节点
                ListNode head1 = cur;
                // 拆分长度为 subLength 的链表1
                for (int i = 1; i < subLength && cur.next != null; i++) {
                    cur = cur.next;
                }

                // 链表2的头节点
                ListNode head2 = cur.next;
                // 将链表1和链表2断开
                cur.next = null;
                // cur 指向链表2的头节点
                cur = head2;
                // 拆分长度为 subLength 的链表2
                for (int i = 1; i < subLength && cur != null && cur.next != null; i++) {
                    cur = cur.next;
                }

                // 再次断开 第二个链表最后的next的链接
                ListNode next = null;
                if (cur != null) {
                    // next用于记录拆分完两个链表的结束位置
                    next = cur.next;
                    // 断开连接
                    cur.next = null;
                }

                // 合并链表1和链表2
                ListNode merged = merge(head1, head2);
                // prev.next 指向排好序链表的头
                prev.next = merged;
                // 将 prev 移动到 subLength*2 的位置后去
                while (prev.next != null) {
                    prev = prev.next;
                }
                // next用于记录拆分完两个链表的结束位置
                cur = next;
            }
        }
        return dummyHead.next;
    }

    /**
     * 方法一：自顶向下归并排序
     * <p>
     * 时间复杂度：O(nlogn)
     * <p>
     * 空间复杂度：O(logn)
     */
    public ListNode sortList1(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }

        // 定位链表中点
        ListNode fast = head, slow = head;
        while (fast.next != null && fast.next.next != null) {
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }
        ListNode midNode = slow.next;
        // 将链表分为两段
        slow.next = null;

        ListNode leftHead = sortList(head);
        ListNode rightHead = sortList(midNode);
        return merge(leftHead, rightHead);
    }

    /**
     * 合并两个链表，使之合并后有序
     * 
     * @param l1 第一个链表
     * @param l2 第二个链表
     * @return 合并后有序的链表
     */
    private ListNode merge(ListNode l1, ListNode l2) {
        if (l1 == null) {
            return l2;
        }
        if (l2 == null) {
            return l1;
        }
        ListNode dummyHead = new ListNode();
        ListNode cur = dummyHead;
        while (l1 != null && l2 != null) {
            if (l1.val <= l2.val) {
                cur.next = l1;
                l1 = l1.next;
            } else {
                cur.next = l2;
                l2 = l2.next;
            }
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = (l1 == null) ? l2 : l1;
        return dummyHead.next;
    }
}
